JPH11158605A

JPH11158605A - 真空成膜装置、そのマスク着脱装置、及びマスク位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH11158605A
Application number: JP9343645A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamazaki; 猛山崎
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1997-12-01
Publication date: 1999-06-15
Anticipated expiration: 2017-12-01
Also published as: JP4058149B2

Abstract

(57)【要約】【課題】位置合わせ後のマスクを磁気吸引力で基板表
面に密着固定することにより、薄いマスクであっても基
板表面に密着させて、マスクと基板表面の間に隙間が生
じないようにする。【解決手段】非磁性材料製の基板３０の上方には磁石
保持体３２があり、この磁石保持体３２には４個の永久
磁石３４が固定されている。基板３０の下方には、磁性
材料製の薄板状のマスク３６があり、このマスク３６に
は多数の微小な開口部３８が形成されている。マスク３
６の下方には、４個の電磁石４２を内蔵したマスク吸着
体４０がある。マスク吸着体４０は、ＸＹＺ方向に移動
可能であり、かつ、θ回転可能である。電磁石４２を励
磁してマスク３６をマスク吸着体４０に吸着した状態で
マスク３６と基板３０を位置合わせし、その後、電磁石
４２を非励磁にして、永久磁石３４でマスク３６を基板
表面に吸着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、真空成膜装置に
おいて、パターン形成用のマスクを基板上に着脱するた
めのマスク着脱装置に関し、また、そのようなマスク着
脱装置を備えた真空成膜装置に関する。さらに、パター
ン形成用のマスクを基板に対して位置合わせするマスク
位置合わせ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空中で基板上に形成される薄膜は、多
くの場合、最終的には所定の線状あるいはドット状のパ
ターンになるようにしている。基板上の薄膜を微細なパ
ターンに形成する手段としてはドライエッチングがよく
用いられている。このドライエッチングは、真空中にお
いてプラズマ放電や高温加熱を伴うものである。

【０００３】ところで、カラーの表示パネルを実現する
有望な技術として、有機エレクトロルミネセンス薄膜
（例えばアルミキノリノール）を用いた技術が知られて
いる。この有機エレクトロルミネセンス薄膜は、プラズ
マ放電や高温加熱などの環境に耐えられない（１５０℃
が限度）ので、上述のようなドライエッチングを用いて
パターンを形成することができない。そこで、薄膜形成
の段階で最初から所定のパターンとなるように成膜する
ことが求められている。

【０００４】図９（Ａ）は基板にマスクを取り付けて有
機エレクトロルミネセンス薄膜を所定パターンに成膜す
るようにした従来技術の正面断面図である。基板１０の
表面にマスク１２を密着させて取り付ける。マスク１２
には多数の微小な開口部１４が形成されている。この開
口部１４を通して蒸着物１６（有機エレクトロルミネセ
ンス物質）が基板１０の表面に堆積する。

【０００５】有機エレクトロルミネセンス薄膜をカラー
表示パネルとして使用する場合、そのピクセル（発光
粒）の大きさは数μｍ程度である。そして、赤・緑・青
の３色のピクセルは数十μｍの間隔で規則正しく配列さ
れる。マスク１２には、このようなピクセルに対応する
位置に開口部が形成されている。

【０００６】ところで、ピクセルの大きさ（すなわち開
口部１４の大きさ）は上述のように微小であるから、マ
スク１２の厚さが比較的厚いもの（０．５〜１．０ｍ
ｍ）であると、図８（Ａ）に示すように、開口部１４内
の蒸着膜１６の周縁部１８は、マスク１２の陰になっ
て、中央部よりも膜厚が薄くなる現象が生じる。

【０００７】このような膜厚の不均一性を解消するため
に、図９（Ｂ）に示すように、薄いマスク２０が使われ
た。この場合は、マスク２０による陰の問題はなくな
り、開口部２２での蒸着物２４の厚さは均一になった。
マスク２０の厚さが薄ければ薄いほど、マスク２０によ
る陰の問題は生じなくなるので、マスク２０はできるだ
け薄い方がよい。。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図９（Ｂ）において、
マスク２０を薄くしていくと、マスク２０の弛みの問題
が生じてくる。表示パネルの基板１０のサイズは、例え
ば、Ａ４サイズや、３００ｍｍ角サイズである。それ以
上のサイズになることもある。マスク２０のサイズも基
板１０とほぼ同じである。このような大きなサイズのマ
スク２０を非常に薄い板で作ると、このマスク２０を基
板１０の表面に取り付けたときに、図９（Ｃ）に示すよ
うに、マスク２０の中央付近でマスク２０が下方に弛ん
で、マスク２０と基板１０の表面の間に隙間２６ができ
る。３００ｍｍ角程度の基板サイズでは基板の中央にお
いて５ｍｍ程度も隙間ができることがある。そして、こ
の隙間２６に蒸着膜２４が入り込んで、蒸着パターンの
周縁部に「にじみ」が生じる。このような「にじみ」が
エレクトロルミネセンス画像の解像度を低下させること
となる。

【０００９】この発明は上述の問題点を解決するために
なされたものであり、その目的は、薄いマスクを使った
場合でもマスクの弛みが生じないようなマスク着脱装置
及びマスク位置合わせ方法を提供することにある。ま
た、この発明の別の目的は、有機エレクトロルミネセン
ス薄膜を高解像度でパターン成膜できる真空成膜装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明のマスク着脱装
置は、多数の貫通孔が形成されている薄板状のマスクを
基板に対して位置合わせしてから、このマスクを基板表
面に取り付けるようにしたものである。磁性材料ででき
たマスクを、電磁石を内蔵したマスク吸着体で一時的に
磁気吸着した状態で、マスクと基板との位置合わせを実
行し、その後、非磁性材料製の基板の背面側に配置され
た背面磁石の磁気吸引力でマスクを基板表面に吸着固定
するようにしている。マスクと基板を位置合わせするに
は、マスクのアライメントマークと基板のアライメント
マークを撮像装置（例えばＣＣＤカメラ）で観察して、
両者の位置ずれ量を検出し、この位置ずれ量がゼロにな
るようにマスク吸着体を基板に対して移動させている。
マスク吸着体は、基板表面に平行な平面内で移動でき
（これによりアライメントを実行する）、また、基板表
面に垂直な方向に移動できる（これによりマスク吸着体
と基板との距離を変更できる）。

【００１１】位置合わせ後のマスクは磁気吸引力で基板
表面に密着固定されるので、薄いマスクであっても基板
表面に密着することになり、マスクと基板表面の間に隙
間が生じない。したがって、蒸着膜の「にじみ」がなく
なる。このマスク着脱装置を、有機エレクトロルミネセ
ンスの成膜に利用すれば、画像の解像度が向上する。

【００１２】また、マスクが磁気吸引力で基板表面に密
着固定されるので、マスクセット基板をマスク着脱ゾー
ンから成膜ゾーンに移送するときにもマスクのずれが生
じない。

【００１３】背面磁石は電磁石でも永久磁石でもよい
が、好ましくは永久磁石とする。この永久磁石は磁石保
持体で保持する。磁石保持体を熱伝導の良好な材料で形
成すると、成膜中に、基板の熱を磁石保持体を介して逃
がすことができ、基板の温度上昇を抑制できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、この発明のマスク着脱装
置の一実施形態を示す斜視図であり、図２はその正面断
面図である。基板３０の上方（背面側）には磁石保持体
３２があり、この磁石保持体３２には細長い直方体の形
状をした４個の永久磁石３４が固定されている。４個の
永久磁石３４は、隣り合う永久磁石が互いに逆極性にな
るように配置されている（図２を参照）。この永久磁石
３４は本願発明における背面磁石に該当する。基板３０
の下方（表面側）には、薄板状のマスク３６があり、こ
のマスク３６には多数の微小な開口部３８が形成されて
いて、これらの多数の開口部３８は規則正しく配列され
ている。開口部３８の寸法は数μｍであり、隣り合う開
口部３８の間隔は数十μｍである。図１と図２では、図
面を分かりやすくするために、開口部３８を拡大して図
示してある。

【００１５】基板３０は非磁性材料（例えばガラス）で
形成されている。マスク３６は磁性材料（例えば鉄）で
形成されている。この実施形態では、マスク３６の厚さ
は０．０５ｍｍと薄くなっている。磁石保持体３２は熱
伝導の良好な金属材料、例えば銅やアルミニウム、で形
成されている。

【００１６】マスク３６の下方にはマスク吸着体４０が
ある。マスク吸着体４０は４個の電磁石４２を内蔵して
いる。このうちの２個の電磁石は励磁すると上面にＮ極
が発生し、残りの２個の電磁石は励磁すると上面にＳ極
が発生するようになっている。マスク吸着体４０は、基
板３０に対して、上下方向すなわちＺ方向（基板表面に
垂直な方向）に移動可能でり、かつ、水平面内での２次
元方向すなわちＸＹ方向（基板表面に平行な平面内での
２次元方向）に移動可能である。さらに、マスク吸着体
４０は、基板３０に対して、基板表面に垂直な軸線回り
にθ回転できる。すなわち、図２に示すように、マスク
吸着体４０はＸＹ駆動ステージ８４とＺ駆動ステージ８
６とθ回転ステージ８８の上に搭載されている。

【００１７】次に、図３を参照して、カラー表示用の有
機エレクトロルミネセンス薄膜を成膜する場合における
マスク着脱装置の動作を説明する。図３（Ａ）におい
て、マスク着脱ゾーンにはマスク吸着体４０が配置され
ている。まず、基板３０をマスク着脱ゾーンに搬入し
て、所定位置に停止させる。そして、基板３０の背面側
に磁石保持体３２を密着させて取り付ける。これで、基
板３０と磁石保持体３２は一体となり、成膜が完了する
まで、基板３０と磁石保持体３２を一体として取り扱う
ことができる。なお、基板３０と磁石保持体３２をあら
かじめ互いに固定しておいてから、これをマスク着脱ゾ
ーンに移送してもよい。磁石保持体３２は例えば爪状の
部品やネジなどを用いて基板３０に機械的に取り付け
る。

【００１８】次に、赤色の発光粒を成膜するためのマス
ク３６（１枚目のマスク）をマスク吸着体４０と基板３
０の間に搬入する。マスク３６は基板３０から離れた状
態にあるので、基板３０の背面側の永久磁石３４にマス
ク３６が吸引されることはない。そして、このときは、
マスク吸着体４０の電磁石４２はまだ非励磁状態にあ
る。

【００１９】次に、マスク吸着体４０の電磁石４２を励
磁すると、図３（Ｂ）に示すように、磁性体のマスク３
６はマスク吸着体４０の表面に磁気吸着される。

【００２０】次に、図４（Ａ）に示すように、マスク吸
着体４０を上昇させて、マスク３６を基板３０に近づけ
る。近づけたときのマスク３６と基板３０との間隔は１
〜１．５ｍｍ程度が適当である。このとき、マスク３６
は永久磁石３４から磁気吸引力を受けるが、マスク吸着
体４０による磁気吸引力の方が強いので、マスク３６は
マスク吸着体４０に吸着されたままである。マスク吸着
体４０の磁気吸引力の大きさは実験的に決定することが
でき、磁気吸引力を調整するには電磁石４２に流す電流
を調整すればよい。

【００２１】この状態で、マスク３６と基板３０の位置
合わせをする。すなわち、２台のＣＣＤカメラ４４、４
６で、基板３０の表面上の２個のアライメントマーク４
８、５０と、マスク３６上の２個のアライメントマーク
５２、５４を観察して、両者が一致するように、マスク
吸着体４０をＸＹ方向に移動させ、かつ、θ回転させ
る。これを詳しく説明すると、基板３０のアライメント
マーク４８、５０とマスク３６のアライメントマーク５
２、５４をＣＣＤカメラ４４、４６で画像として取り込
み、両者の位置ずれ量を検出して、この位置ずれ量がゼ
ロになるように、マスク吸着体４０をＸＹθ方向に微調
整する。これらの位置合わせ作業はコンピュータにより
自動的に行われる。

【００２２】基板３０は透明なので、基板３０の背面側
に配置されたＣＣＤカメラ４４、４６を用いて、基板の
表面側のアライメントマーク４８、５０とマスク３６上
のアライメントマーク５２、５４を見通すことができ
る。これらのアライメントマークの形状は特に限定され
ないが、例えば十字型のマークとすることができる。

【００２３】このアライメント作業により、マスク３６
と基板３０は数μｍの精度で位置決めされる。

【００２４】マスク３６の位置合わせが完了したら、マ
スク吸着体４０の電磁石４２を非励磁にする。すると、
図４（Ｂ）に示すように、マスク３６は基板３０の背面
側の永久磁石３４に磁気吸引されて、基板３０の表面上
に吸着される。これにより、基板３０とマスク３６と磁
石保持体３２が一体化される（この一体化されたものを
マスクセット基板５６と呼ぶことにする）。磁性体製の
薄いマスク３６は磁気吸引力によって基板３０の表面に
吸着されるので、マスク３６は弛むことがなく、マスク
３６と基板表面との間には隙間ができない。

【００２５】次に、マスク吸着体４０を下げてから、マ
スクセット基板５６をマスク着脱ゾーンから成膜ゾーン
に移送する。マスクは基板表面にしっかりと磁気吸着さ
れているので、マスクセット基板５６を移送するときに
も、マスク３６がずれることがない。成膜ゾーンでは、
有機エレクトロルミネセンスの赤色の発光粒を基板上に
パターン成膜する。蒸着膜の厚さは１００〜１０００μ
ｍである。この発明では、マスク３６が磁気吸着されて
いるので、マスク３６と基板表面の間には隙間がなく、
蒸着膜の「にじみ」は生じない。

【００２６】赤色の発光粒の成膜が完了したら、マスク
セット基板５６をマスク着脱ゾーンに戻してから、次の
ようにして、赤色用のマスク３６を基板３０から取り外
す。図５（Ａ）において、マスク着脱ゾーンに戻ったマ
スクセット基板５６に対してマスク吸着体４０を上昇さ
せて、マスク吸着体４０の上面をマスク３６の表面（下
面）に近づける。そして、マスク吸着体４０の電磁石４
２を励磁する。これにより、マスク３６がマスク吸着体
４０に磁気吸着される。

【００２７】次に、図５（Ｂ）に示すように、マスク吸
着体４０を十分に下げてから、電磁石４２を非励磁に
し、マスク吸着体４０からマスク３６を取り外す。

【００２８】次に、図６（Ａ）に示すように、緑色用の
マスク５８（２番目のマスク）をマスク吸着体４０に載
せて、電磁石４２で磁気吸着する。その後、１番目のマ
スクと同様にして、２番目のマスク５８についても図４
に示すような位置合わせ作業を行い、２番目のマスク５
８を備えたマスクセット基板を作る。この場合、基板上
には、すでに赤色用の薄膜パターンが形成されており、
この赤色とは別の位置に、マスク５８の開口部（緑色
用）が位置することになる。緑色の発光粒の成膜が完了
したら、同様にして、３番目のマスクを用いて、青色の
発光粒を成膜する。このようにして、同一の基板に対し
て３種類のマスクを用いて赤・緑・青の３色の発光粒を
順に成膜することで、有機エレクトロルミネセンス薄膜
によるカラー表示パネルが出来上がる。

【００２９】次に、マスクの位置合わせ方法の別の例、
すなわち、蒸着膜跡を利用したマスク位置合わせ方法を
説明する。３枚のマスクには、全く同じ位置に、アライ
メント用の１対の開口をそれぞれ形成しておく。基板に
はアライメントマークを形成しなくてもよい。まず、１
番目のマスクを基板にセットする。このとき、１番目の
マスクと基板との位置合わせはそれほど厳密にする必要
はない。１番目のマスクを利用して、赤色の発光粒を成
膜する。このとき、図７（Ａ）に示すように、１番目の
マスクのアライメント用の１対の開口を通して、１対の
蒸着膜跡８４が基板３０上に形成される。次に、２番目
のマスク８６を基板３０に対して位置合わせするときに
は、１対のＣＣＤカメラ４４を用いて、２番目のマスク
８６のアライメント用の１対の開口８８と上述の１対の
蒸着膜跡８４を観察する。図７（Ｂ）はＣＣＤカメラで
蒸着膜跡８４と開口８８を見たところであり、図面では
両者の位置がずれている。このずれをなくすように、２
番目のマスクを搭載しているマスク吸着体を移動させ
る。これにより、基板に対して１番目のマスクと２番目
のマスクの位置が同じになる。２番目のマスクを用いて
緑色用の発光粒を成膜すると、図７（Ａ）の蒸着膜跡８
４に重なって、２番目のマスクによる蒸着膜跡が同じ位
置に形成される。次に、３番目のマスクを位置合わせす
る場合にも同様にして、この蒸着膜跡を利用する。

【００３０】図７はマスク着脱ゾーンと成膜ゾーンとを
備える有機エレクトロルミネセンス薄膜用の真空成膜装
置の概略の正面断面図である。マスク着脱ゾーン６０は
マスク着脱室６２の内部にあり、ここにはマスク吸着体
４０が配置されている。成膜ゾーン６４は成膜室６６の
内部にあり、ここには蒸着源６９と、その上方に基板ホ
ルダー７０が配置されている。マスク着脱室６２と成膜
室６６はそれぞれ別個の排気系７６、７８で排気され
る。基板３０とマスク３６は別個の収納棚８０、８２か
ら取り出されて、マスク着脱ゾーンに移送される。マス
ク着脱ゾーン６０でマスク３６が位置合わせされてセッ
トされたマスクセット基板５６は、ゲートバルブ７２を
通過してから、成膜ゾーン６４に移送される。このマス
クセット基板５６は、成膜ゾーン６０において基板ホル
ダー７０の下面に密着して取り付けられる。すなわち、
磁石保持体３２の上面が基板ホルダー７０の下面に密着
して取り付けられる。基板ホルダー７０の内部には冷却
水７４が循環していて冷却されているので、成膜中は、
基板３０は磁石保持体３２を介して基板ホルダー７０に
より冷却される。これにより、成膜中の基板３０の温度
上昇を防ぐことができる。磁石保持体３２は熱伝導の良
好な銅またはアルミニウムで形成されているために、基
板３０の熱は磁石保持体３２を介して基板ホルダー７０
に効率良く逃げていく。マスクセット基板５６は例えば
爪状の部品を上下動させることでこれをすくい上げて基
板ホルダー７０の下面に取り付けることができる。

【００３１】

【発明の効果】この発明のマスク着脱装置は、位置合わ
せ後のマスクが磁気吸引力で基板表面に密着固定される
ので、薄いマスクであっても基板表面に密着して、マス
クと基板表面の間には隙間が生じない。したがって、蒸
着膜の「にじみ」がなくなる。このマスク着脱装置を、
有機エレクトロルミネセンスの成膜に利用すれば、画像
の解像度が向上する。また、マスクが磁気吸引力で基板
表面に密着固定されるので、マスクセット基板をマスク
着脱ゾーンから成膜ゾーンに移送するときにもマスクの
ずれが生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のマスク着脱装置の一実施一形態の斜
視図である。

【図２】図１のマスク着脱装置の正面断面図である。

【図３】マスク着脱装置の動作を示す正面断面図であ
る。

【図４】マスク着脱装置の別の動作を示す正面断面図で
ある。

【図５】マスク着脱装置のさらに別の動作を示す正面断
面図である。

【図６】マスク着脱装置のさらに別の動作を示す正面断
面図である。

【図７】マスク位置合わせ方法の別の例を示す説明図で
ある。

【図８】真空成膜装置の概略の正面断面図である。

【図９】マスクを利用した従来のパターン成膜法の正面
断面図である。

【符号の説明】

３０基板３２磁石保持体３４永久磁石３６マスク３８開口部４０マスク吸着体４２電磁石４４、４６ＣＣＤカメラ４８、５０基板のアライメントマーク５２、５４マスクのアライメントマーク５６マスクセット基板６０マスク着脱ゾーン６４成膜ゾーン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の貫通孔が形成されている薄板状の
マスクを、成膜すべき基板に対して位置合わせしてか
ら、このマスクを基板の表面に取り付けるようにした、
真空成膜装置のマスク着脱装置において、次の（ア）〜
（カ）を備えるマスク着脱装置。（ア）磁性材料で形成されたマスク。（イ）電磁石を内蔵していて、マスクを一時的に磁気吸
着するマスク吸着体。（ウ）非磁性材料で形成された基板の背面側に配置され
て、磁気吸引力でマスクを基板表面に保持できる背面磁
石。（エ）マスク上のアライメントマークと基板上のアライ
メントマークとを撮像して両者の位置合わせ状況を観察
できる撮像装置。（オ）基板に対してマスク吸着体を基板表面に平行な平
面内で相対的に移動させることのできる位置合わせ用の
駆動機構。（カ）基板に対してマスク吸着体を基板表面に垂直な方
向に移動させることのできる垂直駆動機構。
【請求項２】請求項１に記載のマスク着脱装置におい
て、前記背面磁石が永久磁石であることを特徴とするマ
スク着脱装置。
【請求項３】請求項２に記載のマスク着脱装置におい
て、前記永久磁石が、熱伝導の良好な磁石保持体に保持
されていることを特徴とするマスク着脱装置。
【請求項４】請求項１に記載のマスク着脱装置を設け
たマスク着脱ゾーンと、前記マスクを取り付けた基板上
に有機エレクトロルミネセンス薄膜を成膜する成膜ゾー
ンとを備えた真空成膜装置。
【請求項５】多数の貫通孔が形成されている薄板状の
マスクを、成膜すべき基板に対して位置合わせしてか
ら、このマスクを基板の表面に取り付ける、真空成膜装
置のマスク位置合わせ方法において、次の（ア）〜
（オ）の段階を備えるマスク位置合わせ方法。（ア）マスク吸着体に内蔵された電磁石を励磁して、磁
性材料で形成されたマスクをマスク吸着体の表面上に一
時的に磁気吸着する段階。（イ）マスクを磁気吸着したマスク吸着体を非磁性材料
で形成された基板の表面に近づける段階。（ウ）マスク上のアライメントマークと基板上のアライ
メントマークとを撮像装置で観察する段階。（エ）マスク上のアライメントマークの位置と基板上の
アライメントマークの位置とが一致するように、基板に
対してマスク吸着体を基板表面に平行な平面内で相対的
に移動する段階。（オ）前記電磁石を非励磁にして、非磁性材料製の基板
の背面側に配置された背面磁石の磁気吸引力で、マスク
吸着体上のマスクを基板表面上に吸着して保持する段
階。
【請求項６】請求項５に記載のマスク位置合わせ方法
において、同一の基板上に複数のマスクを用いて複数種
類の成膜を順次実施する場合に、前記基板上のアライメ
ントマークが、その前の段階の成膜で使用したマスクの
アライメント用の開口部分を通して成膜された蒸着膜跡
であることを特徴とするマスク位置合わせ方法。